數(shù)電課程設(shè)計-投擲硬幣電路設(shè)計

1、鄭州科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目 投擲硬幣電路設(shè)計 學(xué)生姓名 XXXX 專業(yè)班級 電氣工程及其自動化班 學(xué) 號 XXXXXXX 院 （系） 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 XX 完成時間 201X年X月4日 目 錄1課時設(shè)計目的12課程設(shè)計的任務(wù)與要求13設(shè)計方案與論證24設(shè)計原理及功能說明45單元電路的設(shè)計（計算與說明）56硬件的制作與調(diào)試77總結(jié)7參考文獻(xiàn)10附錄1：總體電路原理圖11附錄2：實(shí)物圖12附錄3：元器件清單13摘 要 隨著社會的變遷，統(tǒng)計與人們的生活已經(jīng)密不可分，生活離不開統(tǒng)計。在以信息和技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代社會，人們面臨更多的機(jī)會和選擇，常常需要在不確定情境中根據(jù)大量無組織的數(shù)

2、據(jù)做出合理的決策。隨著社會發(fā)展統(tǒng)計學(xué)在人們的生活中變的越來越重要，由于隨機(jī)現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)世界中大量存在概率必將越來越顯示出它巨大的威力。我們設(shè)計的擲硬幣電路則幫助人們解決簡單的統(tǒng)計問題，擲硬幣是人們常用的一種隨機(jī)決策方式。擲硬幣電路模擬器使用了兩種顏色不同的發(fā)光二極管，它可以用不同顏色的燈光模擬演示投擲硬幣的結(jié)果。例如選用紅燈和綠燈,每按一次控制按鈕,紅燈和綠燈中就有一個被點(diǎn)亮,相當(dāng)于一次擲硬幣的結(jié)果，這樣可以更方便人們記錄數(shù)據(jù)，從而節(jié)約人們的時間，方便人們的生活。統(tǒng)計學(xué)成為我們認(rèn)識世界、了解世界、改造世界的工具，它與我們的生活更是息息相關(guān)，密不可分。電路多諧振蕩器、隨機(jī)控制電路和LED驅(qū)動顯示電

3、路組成。1課時設(shè)計目的（1）學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步體驗(yàn)，掌握數(shù)字電路設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)試能力。 （2）學(xué)會投擲硬幣電路的設(shè)計方法和性能指標(biāo)測試方法。 （3）培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。熟悉各種邏輯門的使用; 鍛煉學(xué)生應(yīng)用各種邏輯門設(shè)計組合邏輯電路的能力。 （4）設(shè)計并制作一個投擲硬幣電路的模擬器，提高自己的焊接水平。 （5）學(xué)習(xí)利用軟件對投擲硬幣電路設(shè)計進(jìn)行仿真驗(yàn)證。2課程設(shè)計的任務(wù)與要求 1設(shè)計并制作一個投擲硬幣模擬器，主要技術(shù)指標(biāo)要求閉合開關(guān)會隨機(jī)點(diǎn)亮紅色或綠色發(fā)光二極管;2設(shè)計電路結(jié)構(gòu)、選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出使用電路圖；確

4、定自激多諧振蕩器、隨機(jī)控制電路、LED驅(qū)動顯示電路都能夠正常工作。3擬試驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。4選擇多諧振蕩器、掌握自激多諧振蕩器和隨機(jī)控制電路的特性及應(yīng)用。3設(shè)計方案與論證D觸發(fā)器 負(fù)跳沿觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時，必須在正跳沿前加入輸入信號。如果在CP 高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯。而邊沿觸發(fā)器允許在CP 觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號。這樣，輸入端受干擾的時間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。邊沿D觸發(fā)器也稱為維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器。該觸發(fā)器由6個與非門組成。圖3-1 D觸發(fā)器邏輯圖

5、 SD 和RD 接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當(dāng)SD=0且RD=1時,不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會使Q=1，Q=0，即觸發(fā)器置1；當(dāng)SD=1且RD=0時，觸發(fā)器的狀態(tài)為0，SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們設(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。工作過程如下：CP=0時，與非門G3和G4封鎖，其輸出Q3=Q4=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反饋信號將這兩個門打開，因此可接收輸入信號D，Q5=D，Q6=Q5=D。 .當(dāng)CP由0變1時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時G3和G4打開，它們的輸入Q3和Q4的狀態(tài)由G5和G6的輸出狀態(tài)決定。Q3=Q

6、5=D，Q4=Q6=D。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，Q=D。 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時輸入信號被封鎖。G3和G4打開后，它們的輸出和的狀態(tài)是互補(bǔ)的，即必定有一個是0，若為0，則經(jīng)G4輸出至G輸入的反饋線將G6封鎖，即封鎖了D通往基本RS觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用，故該反饋線稱為置0維持線，置1阻塞線。G3為0時，將G4和G5封鎖，D端通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖；G3輸出端至G5反饋線起到使觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用，稱作置1維持線；G3輸出端至G4輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用，稱為置0阻塞線。因此，該觸發(fā)器稱為維持阻塞觸發(fā)器。

7、CD4011與非門集成電路IC 選用CMOS 數(shù)字集成電路CD4011 ，CD4011 有四個獨(dú)立的與非門電路，它可做成振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)，又可作為整形、反相等等。在本電路中CD4011僅用作反相和整形以及控制門的作用。4設(shè)計原理及功能說明擲硬幣是人們常用的一種隨機(jī)決策方式，這里介紹的擲硬幣模擬器使用了紅色、綠色兩種燈光來模擬硬幣的正、反兩面，使用時按動一下開關(guān)，擲硬幣模擬電路即會隨機(jī)點(diǎn)亮紅色和綠色發(fā)光二極管，相當(dāng)于一次擲硬幣的效果。電路原理圖如圖所示。圖4-1設(shè)計原理圖電路由自激多諧振蕩器、隨機(jī)控制電路和LED驅(qū)動顯示電路組成。自激多諧振蕩器電路由與非門U1A、U2A和R1、R2、C1等組成，

8、用于產(chǎn)生方波時鐘脈沖信號。當(dāng)按下開關(guān)S1時，U3A與非門的第9腳輸入端變?yōu)楦唠娖?，?0腳將輸出自激多諧振蕩器的時鐘脈沖信號，該信號通過U3A后加至U4A的CP1端，U4A在時鐘脈沖作用下，在兩種穩(wěn)態(tài)之間變換，其Q1和交替高電平和低電平，發(fā)光二極管LED1和LED2交替點(diǎn)亮。由于振蕩器的工作頻率較高，人眼存在視覺暫留現(xiàn)象故看上去LED1和LED2都在點(diǎn)亮。當(dāng)松開S1時，U3A輸出端（第十腳）變?yōu)楦唠娖角也辉傧騏4A發(fā)送時鐘脈沖，U4A輸出端將停止交替變換，而處于隨機(jī)顯示狀態(tài)，要么Q1為高電平，為低電平，則綠色發(fā)光二極管LED2點(diǎn)亮，紅色發(fā)光二極管LED1熄滅；要么Q1為低電平，為高電平，則紅色

9、發(fā)光二極管LED1點(diǎn)亮，綠色發(fā)光二極管LED2熄滅，從而達(dá)到硬幣正、反面的顯示效果。5單元電路的設(shè)計（計算與說明）多諧振蕩電路用門電路組成的多諧振蕩器在各種電子電路中幾乎都能見到，它們最主要的用途是用來作時鐘脈沖發(fā)生器，用來驅(qū)動計數(shù)器或脈沖分配器，使電路的各組成部分能夠按照所設(shè)定的工作程序有條不紊地工作。如圖所示電路。圖5-1多諧振蕩電路圖D觸發(fā)器邊沿D觸發(fā)器具有接收并記憶信號的功能，又稱為鎖存器；邊沿D觸發(fā)器屬于脈沖觸發(fā)方式；邊沿D觸發(fā)器不存在約束條件和一次變化現(xiàn)象，抗干擾性能好，工作速度快圖5-2 D觸發(fā)器LED驅(qū)動器LED驅(qū)動電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換

10、器，通常情況下：LED驅(qū)動電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。而LED驅(qū)動電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。圖5-3 LED驅(qū)動器6硬件的制作與調(diào)試?yán)美予F焊接，對照原理圖安裝元器件并焊接。我們將所有的元器件安裝完成后，必須仔細(xì)對照電路圖檢查線路焊接是否正確，看有沒有線路接錯的地方。然后接通6V電源，按下主電路開關(guān)反復(fù)測試紅色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管亮的次序書否符合要求，如果不符合要求斷開電源 ，仔細(xì)分析原因，檢測此部位的元器件是否存在焊接錯誤的情況。再對整體電路進(jìn)行分析排查，看是否有元器件因?yàn)檫B接

11、短路而燒壞的，逐級進(jìn)行。反復(fù)調(diào)試，直到找到問題所在。如果檢查線路連接無誤接通電源，則再次接通電源。由于調(diào)整R3、C2的參數(shù)值可以改變自激多諧振蕩器的振蕩頻率。由于元器件不是特別精確，焊接線路的電阻比理想中的電阻大，得到的數(shù)據(jù)和理論值有些誤差，這些誤差都是存在的，也是在允許的范圍內(nèi)，所以一般我們都把誤差忽略掉。通過實(shí)訓(xùn)我更加進(jìn)一步了解了多諧振蕩電路的工作原理。在制作過程中，我首先查閱了大量資料熟悉，每個元器件的功能及其在電路中的作用，為后來的的電路焊接做準(zhǔn)備，焊接過程比較順利，迅速的焊接好了元器件，在檢查了電路正確無誤后接通了電源，但是它并沒有像我們想的那樣順利實(shí)現(xiàn)功能，我反反復(fù)復(fù)查看了電路圖，

12、確定電路沒有問題之后開始用萬用表逐步檢查各段電路，然而它們依然正確，最后檢查二極管時找到了問題所在，二極管是壞的，找到問題后我迅速換掉了這個壞掉的二極管，再次接通電源時它們終于實(shí)現(xiàn)了所有設(shè)計的功能，二極管壞掉可能是買元器件時不小心碰壞了，也可能是焊接時不注意壞掉的，不管怎么樣，最后成功了，我和我的搭檔順利的完成了實(shí)訓(xùn)任務(wù)。7總結(jié)實(shí)訓(xùn)接近了尾聲。在老師的帶領(lǐng)下，我終于順利完成的課時設(shè)計。在沒有做課時設(shè)計以前覺得課時設(shè)計只是對這一年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課時設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課時設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一次檢驗(yàn)，而且也是對自己動手操作能力的一種提高。通過這次課時設(shè)計讓我

13、明白了原來自己的知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。但是通過這次課時設(shè)計，我明白了學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的學(xué)習(xí)、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識的綜合素質(zhì)。注重理論和實(shí)踐的相結(jié)合。通過這次電路設(shè)計，我從中了解了集成電路4011和集成電路4013理解了書上的知識，同時也了解到了自己對于理論和實(shí)際應(yīng)用的統(tǒng)一和對于元器件在實(shí)際中的應(yīng)用還有很大的不足，不能在使用器件時選擇合適的參數(shù)的器件，不能根據(jù)器件的編號知道器件的基本功能。在這方面需要很大提高。在做的過程中也提高了我的動手操作能力，實(shí)踐能力得到了一定的鍛煉。在沒有做課時

14、設(shè)計以前，我們對一些集成電路的了解都是理論上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的方案應(yīng)用到實(shí)踐中的時候，問題也隨之出現(xiàn)了，自己不能準(zhǔn)確找到集成電路4011和4013的各個引腳及其功能，雖然通過查資料也一一解決了問題，但是這花費(fèi)了我很多的時間，因此剛開始焊接時我們的焊接進(jìn)度落后于其他同學(xué)，可能是因?yàn)椴盍撕芏噘Y料吧，幸運(yùn)的是我們焊接的電路沒有出現(xiàn)其他問題，通過這次實(shí)訓(xùn)我認(rèn)為電路能否焊接成功的關(guān)鍵是是否正確知道各個集成電路的引腳和功能。通過這次實(shí)訓(xùn)我對集成電路4011和集成電路4013的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差別。加深了我們對理論與實(shí)踐聯(lián)系的理解，促進(jìn)了我們運(yùn)用知識解決具體問題的綜

15、合應(yīng)用能力，特別是對集成電路4011和4013的應(yīng)用、理解上升到了更深的一個層次。但是由于水平有限，我們的課程設(shè)計難免會有一些錯誤和誤差。通過一周的學(xué)習(xí)，使我對實(shí)訓(xùn)課有了興趣，其中有不少收獲。對電子工藝的理論有了更進(jìn)一步的了解。我們了解到了焊接普通元件與電路元器件的技巧、工作原理與組成元器件的作用等。自己的動手能力是個很大的鍛煉。在實(shí)習(xí)中，我鍛煉了自己動手技巧，提高了自己解決問題的能力。雖然在實(shí)習(xí)中會遇到難題，但是從中我學(xué)到了很多，使自己的動手能力也有所提高，我想在以后的理論學(xué)習(xí)中我就能夠明白自己的學(xué)習(xí)方向，增進(jìn)專業(yè)知識的強(qiáng)化。在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有

16、什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。在此要感謝我的指導(dǎo)老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培

17、養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。參考文獻(xiàn)1 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)M， 4 版、 北京：高等教育出版社。 2 閻石.數(shù)子電子技術(shù)基礎(chǔ)M，北京：高等教育出版社。 3 Uwe Meyer2Bases，數(shù)字信號處理的 FPGA 實(shí)現(xiàn)M。劉凌 、胡永生譯。北京：清華大學(xué)出版社 。 4 周政新，電子設(shè)計自動化實(shí)踐與訓(xùn)練M。北京：中國民航出版社。5 蔣璇 、藏春華，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與 PLD應(yīng)用技術(shù)M。北京：電子工業(yè)出版社。 6 徐志軍 、徐光輝， CPLD/ FPGA 的開發(fā)與應(yīng)用M。北京：電子工業(yè)出版社。 7 沈嗣昌，數(shù)字設(shè)計引論M，北京：高等教育出版社。